Le concept d'énergie potentielle fait référence à l'énergie qu'un objet possède en raison de sa position dans un champ de force. Cela peut également être dû à la configuration de ses pièces.
L'énergie mécanique est la somme de cette énergie et de l'énergie cinétique d'un corps.
De par sa nature, cette énergie peut être transformée en un autre type d'énergie.
Les types les plus courants d'énergie potentielle sont gravitationnels, élastiques à ressort, électriques, électrostatiques et chimiques. Nous les expliquons plus en détail ci-dessous.
Énergie potentielle de pesanteur
L'énergie potentielle de pesanteur est l'énergie qu'un objet gagne par l'effet gravitationnel d'un autre objet. Généralement ce sont des de très grands corps tels que la Terre.
Cette énergie est directement proportionnelle à la masse de l'objet et à la taille de la masse attirée. L'ampleur de la masse attirée crée l'accélération de la gravité. Cette accélération pour la Terre est d'environ 9,8 m / s² à la surface de la Terre.
L'énergie potentielle de pesanteur est une approximation de l'énergie potentielle gravitationnelle.
L'énergie potentielle de pesanteur est équivalente à l'énergie nécessaire pour positionner un objet à une certaine hauteur. Il a aussi la capcité de le mettre en mouvement.
Elle est appelée énergie de pesanteur. Pour un objet de masse m, à la hauteur h, l'expression suivante s'applique à l'énergie de pesanteur de l'objet:
E = m · g · h
Où (en unités SI):
E - L'énergie potentielle en joules (J).
m - la masse en kilogrammes (kg)
h - hauteur en mètres (m)
g - l'accélération de la chute en m / s² (environ 9,81 m / s²)
La variation d'énergie potentielle de pesnateur depends de l'hauteur. Ainsi, si l'objet est au niveau h = 0 est mis à zéro.
Cependant, lorsque cet objet est situé à une grande distance de la surface de la Terre, la gravité n'est plus constante. Dans ces circumstances, la formule ci-dessus ne s'applique plus.
L'expression de l'énergie potentielle qui dépend de l'intensité du champ de pesanteur devient alors:
L'énergie potentielle à une distance infinie de la Terre est ici à zéro, car la formule est la plus simple. C'est parce que, contrairement à de nombreux autres cas, la différence d'énergie a ici une limite finie).
L'énergie potentielle est donc toujours négative. Elle augmente à mesure que l'objet s'éloigne de la terre.
Un exemple de ce type est un roller coaster. Le moment où la voiture est au point le plus élevé. C'est quand elle a le plus d'énergie potentielle et a à peine l'énergie cinétique.
La force de gravité exerce une force qui pousse la voiture vers le bas. Pendant la descente, l'énergie est transformée en énergie cinétique, l'autre forme d'énergie mécanique.
Aux points les plus bas, les énergies cinétiques et potentielles ont été inversées.
Énergie potentielle élastique
L'énergie potentielle élastique est l'énergie stockée dans la capacité d'un corps à revenir à sa position naturelle. Cette forme d'énergie est également appelée énergie de ressort ou énergie élastique potentielle.
L'élasticité est une propriété de certains matériaux par laquelle, une fois déformés, étirés ou séparés de leur position initiale, ils peuvent retrouver leur état d'origine ou d'équilibre.
Un ressort linéaire avec une constante de ressort k qui est tiré une distance Δl a une augmentation de l'énergie du ressort de:
Énergie potentielle électrique
L'énergie potentielle électrique est l'énergie potentielle qui résulte des forces conservatrices de Coulomb. Cette énergie est associée à la configuration de différentes charges ponctuelles dans un système défini.
Elle peut également être appelée énergie potentielle électrostatique.
Un objet peut avoir une énergie potentielle électrique en raison de deux éléments principaux:
Sa propre charge électrique.
Sa position par rapport à d'autres objets chargés.
Énergie potentielle chimique
Les liaisons chimiques sont capables de stocker l'énergie potentielle. L'énergie potentielle chimique est liée à l'arrangement structurel des atomes ou des molécules. Cet arrangement peut être le résultat de liaisons chimiques au sein d'une molécule ou d'une autre manière.
L'énergie chimique peut être transformée en d'autres formes d'énergie par une réaction chimique.
Exemples d'énergie potentielle chimique:
Lorsqu'un combustible est brûlé, l'énergie chimique est convertie en chaleur
Pendant le processus métabolique de la digestion. Les aliments métabolisés dans un organisme biologique sont transformés en énergie.
Le processus de photosynthèse. Grâce à ce processus, les plantes vertes transforment l'énergie solaire en énergie chimique.
Réactions électrochimiques. L'énergie électrique peut être convertie en énergie chimique par des réactions électrochimiques. Ces réactions se produisent pendant la charge de la batterie.
